冰上运动建筑曲面光伏参数化集成设计研究

2022年冬奥会成功举办,国内掀起了冰上体育运动的热潮,冰上运动建筑需求量和能源消耗量随之增长。光伏建筑一体化(Building Integrated Photovoltaic,BIPV)作为建筑节能的主要手段之一,在体育建筑屋面具有较大的集成潜力。通过建立寒冷地区曲面冰上运动建筑典型模型进行集成设计研究,基于Grasshopper参数化平台实现新型柔性CIGS薄膜光伏组件沿屋面曲线形态的优化布置,从两个层级出发,提出参数化设计方法与构造措施。通过Honeybee进行能耗模拟,结果表明,该柔性光伏系统全年可以为冰上运动建筑降低15.82%的能量消耗,进而验证了该方案的节能性,为建筑师进行寒冷地区曲面冰上运动建筑设计的节能优化设计提供数据支撑及科学依据。

基于建筑立面铺设的多面体结构光伏系统产能模拟分析

目的 高效利用建筑立面空间资源,提高建筑立面太阳能发电潜力,降低自身能源消耗以提升建筑整体节能效果。方法 设计一种应用于建筑立面的多面体结构光伏系统,并以某近零能耗建筑为例,利用PVsyst软件建立模型,分别模拟其在严寒地区气候条件下东、南、西、北四种朝向的产能情况,与相同条件下平铺结构光伏系统产能进行对比,计算两种不同结构光伏系统在该建筑中的能源贡献率。结果 多面体结构光伏系统在四种朝向下的年发电量较之平铺结构光伏系统均有所提升,北向提升幅度最大,东、西向相近,较北向次之,南向最小;多面体结构光伏系统年总产能占建筑能耗总量56.76%,相较于平铺结构光伏系统提高了3.76%。结论 通过对建筑立面进行合理光伏系统设计,可以有效提升建筑立面太阳能发电潜力,实现能量的自发自用,满足建筑部分用能需求,进而降低建筑能耗。

光伏光热一体化建筑热负荷能效分层调度仿真

光伏光热一体化系统中涉及多种能源,包括太阳能和热能等。由于不同能源的产生、存储和使用特性不同,加之系统内部的复杂性,使得实现多能源协同调度变得复杂。为了获取满意的建筑热负荷能效分层协同调度结果,提出一种光伏光热一体化建筑热负荷能效分层协同调度方法。研究光伏光热一体化建筑中热负荷的热量传递过程,对热负荷自身和热惯性展开分析,获取热负荷热惯性大小和室内热量需求两者的关系。以最大[火用]效率和最小调度成本为目标,分别建立光伏光热一体化建筑热负荷能效上层和下层协同调度模型。通过量子粒子群算法对模型展开分析计算,确定最优建筑热负荷能效分层协同调度方案。实验分析表明,所提方法的热负荷能效分层协同调度效果好,且节能效益高。

光伏建筑一体化光伏幕墙体系与经济性研究

在当今全球能源转型的大背景下,建筑行业作为主要能源消费领域,其能源消费模式的革新对于实现国家层面的可持续发展目标至关重要。鉴于此,显著削减建筑领域对化石燃料的依赖,并积极拓宽可再生能源的利用渠道,成为了推动绿色建筑革命的重要策略。光伏建筑一体化(BIPV)技术,作为一种将高效光伏发电系统与现代化建筑设计、建造工艺深度融合的创新实践,不仅展现了太阳能这一清洁、可再生资源的巨大应用潜力,而且也预示着未来建筑领域在能源自给自足方面广阔的发展蓝图。为了探究光伏建筑一体化的现状,文章对光伏建筑一体化的背景及常用的应用场景进行研究,通过案例分析光伏幕墙增量成本,并采用静态投资回收期和效益费用比两个参数对薄膜类光伏幕墙、晶硅类光伏幕墙、薄膜类光伏采光顶三种光伏方案的经济性进行分析,为后续光伏建筑一体化中光伏幕墙的经济性提供参考。

外显、灵活、多维、高效——从2022中国国际太阳能十项全能竞赛看建筑与光伏一体化设计趋势

建筑光伏一体化技术是实现建筑行业节能减碳的重要途径。以第三届中国国际太阳能十项全能竞赛(SDC2022)为例,对15个参赛作品在建筑与光伏一体化设计上的特征进行了比较,从美学表现、构造整合、功能复合、性能提升4个维度分析了当前建筑与光伏一体化的设计新趋势,指出:在美学表现上,通过光伏组件材质外观和光伏方阵形成积极外显的形态;在构造上,采用不同类型光伏灵活组合衍生多种应用场景;在功能上,将光伏发电与建筑围护结构的采光、集热、遮阳、防护等功能进行多维度复合;在性能上,通过光伏朝向与倾角、散热设计和电气系统综合提升产能效率。为建筑与光伏一体化技术的推广和应用提供新思路。

以光伏集成性能为导向的建筑形体生成方法——基于参数化与形状语法的实现

光伏技术的应用对减少能源消耗、降低能源成本、减少碳排放和实现可持续发展都具有巨大潜力,是推动可持续能源未来的关键技术之一。提出了一种以单位体积太阳辐射、建筑体形系数和能源覆盖率为性能指标,通过形状语法的参数化编译使之符合形状语法规则的光伏建筑一体化(BIPV)建筑形态生成方法。通过建筑形体生成实验表明,该方法在给定的简单初始形状基础上经过25代迭代计算均可生成一定数量且具有显著差异的建筑形体最优解集。可以根据特定性能对建筑形体的最优解进行排序为设计提供选择,也可以根据建筑密度或总建筑面积等的设计要求进行筛选。同时实验发现初始形状对建筑形体的性能有显著的影响。实验显示本方法可以作为以太阳能辐射性能为导向的形体生成方法应用于早期设计阶段。

基于绿色建筑标准的光伏一体化设计

首先对绿色建筑标准的基本目标以及国内外常用的绿色建筑标准进行分析,其次选择典型案例以某地商业办公楼为目标,充分考虑相应的屋面结构安全以及风荷载,构建光伏一体化设计,并对光伏一体化设计进行经济效益以及环境效益分析。研究结果表明,基于绿色建筑标准的光伏一体化设计能够实现更好的可持续发展,进一步减缓能源消耗以及避免环境污染,具有良好的经济环境效益。

光伏建筑研究文献计量学分析——基于2003-2023年WOS核心合集数据库

在建筑上安装光伏是建筑业降碳减碳最有效的途径,了解国内外光伏建筑的发展动态对我国部署光伏具有重大意义。对Web of Science中的核心合集数据库中5 275篇关于光伏建筑的文献进行计量研究分析。采用CiteSpace 6.2.2版本和战略咨询智能支持系统对相关文献进行了发文机构、发文量、国家地区、关键词共现、关键词突现、关键词聚类和关键词时间线图分析。研究发现,光伏建筑主要分为热效能、可再生能源管理和光伏发电系统三大研究领域,近些年的研究热点集中在光伏发电的能源管理问题和光伏发电量问题上。

节能导向下办公建筑光伏系统研究

我国建筑能耗占全国总能耗的46%,而且占比持续增加。近年来,我国建筑能耗增速虽然放缓,但仍占能耗的主要部分。在能源危机和全球变暖背景下,节能建筑是顺应时代发展的正确选择。为发展节能建筑,提倡使用可再生资源,目前发现太阳能发电是促进建筑节能的有效手段。首先,文章进行概念阐述;其次,通过相关文献,分析建筑与光伏系统结合发展的现状和研究进展;最后,以办公建筑这种高能耗建筑为例,分析光伏系统与建筑的结合方式,使人们了解光伏系统与建筑结合能推动建筑节能,减少碳排放,进而加速实现我国碳中和。

太阳能光伏发电系统在建筑一体化中的应用研究

为了提升建筑一体化的经济效益,本文采用案例分析的方法,对太阳能光伏技术进行了概述,并深入探讨了其在建筑一体化中的应用领域。结合建筑设计的实际需求,分析了太阳能光伏集成在建筑设计中的关键要素。结果表明,太阳能光伏发电系统在建筑一体化中具有显著的应用潜力,不仅能有效降低建筑能耗,还可实现能源的可再生利用。在政策的支持下,太阳能光伏发电系统的投资回报期可明显缩短,具有较高的经济效益。研究所提出的太阳能光伏发电系统在建筑一体化中具有广泛的应用前景,值得在建筑设计与施工一体化进程中广泛应用推广。

建筑间遮挡对光伏发电系统输出功率影响的研究

城市建筑屋顶的光伏发电利用潜力与其遮挡条件密切相关。因此,仅根据太阳辐照度评估城市建筑屋顶光伏发电利用潜力,未考虑城市建筑之间的相互遮挡因素,会导致一些情景下的评估结果偏大。为了准确评估城市建筑屋顶光伏发电利用潜力,采用建筑相对朝向、容积面积比及建筑群垂直和水平分布这3个城市形态参数作为预测变量,采用3D建筑模型进行实验,模拟不同形态建筑遮挡,获得多组有效实验数据,对城市不同形态建筑间的遮挡系数进行了量化分析;借助数据统计分析软件SPSS对多组实验数据完成统计分析后,建立了建筑群预测遮挡统计模型,并以长沙市某小区为例对该统计模型的适用性进行了验证,预测了该小区不同情景下的建筑屋顶光伏发电利用潜力。结果显示:利用该统计模型可得到被遮挡建筑的阴影遮挡水平,从而能更好地利用建筑屋顶光伏发电。研究结果提供了一种量化城市屋顶光伏组件遮挡系数的方法,对实现光伏建筑一体化和可持续城市发展有推进作用,可在城市区域建筑规划阶段模拟和预测屋顶遮挡情况。

从BIPV(光伏建筑一体化)到BIPVES(光伏储能建筑一体化)

[目的]随着光伏、储能、新型建材及装配式建筑产业的发展,将光伏组件与屋面、墙体、遮阳等构件进行一体化设计与制造的光伏建筑一体化(Building Integrated Photovoltaic,BIPV)技术开始延伸为光伏储能建筑一体化(Building Integrated Photovoltaic and Energy Storge,BIPVES)技术。[方法]文章提出世界首个可充电水泥电池,将建筑墙体与光伏发电装置、储放电装置相融合;对设备和材料进行跨界创新,在玻璃表面打印高清晰度、高透光率花纹图案,制造高效光伏建材;研发预制式储能墙体,与各类钢结构装配式建筑体系进行结合,实现订制式生产、装配式施工,形成建筑构件与光伏、储能一体化的变革趋势。[结果]水泥基电池实现了建筑墙体具有光伏发电、储电以及供电等多种功能;新一代光伏建材可节省建筑外立面装饰材料的成本,降低建筑物碳排放;光伏和储能等可再生能源技术在建筑中的一体化集成,可取得最大化收益。[结论]新型光伏建材技术和水泥电池等新型储能技术具有发展前景,将可充电电池构件、光伏外墙板与装配式建筑墙体及预埋件进行组合集成并推广应用具有可行性。

光伏建筑一体化外观评价方法与模型

光伏建筑一体化(BIPV)是实现建筑领域“碳中和”目标的切实可行途径之一,为了提高大众的接受度,近年来对BIPV外观的研究正逐渐开展,但对于光伏设计人员来说缺少适宜的外观评价体系,很难在实现BIPV的外观效果的前提下,对光伏系统进行设计优化。该文对国内外的研究进行了概述,分析了光伏建筑外观和其影响因素之间的联系,基于层次分析法建立了包含建筑形体、建筑色彩、可见性和光伏组件4种指标的BIPV外观评价模型,并将模型应用到既有光伏建筑中,期望在今后的研究中可以在该模型的基础上最大限度地优化光伏系统。

光伏储能系统在零能耗建筑的应用

本文从零能耗建筑角度出发,以北京地区为例,在结合实际项目用能情况的基础上,通过不同光伏组件种类、发电特性对比进行太阳能光伏组件选型分析与系统设计。结合储能装置应用属性,分析得出光伏储能系统的最佳配置方式与充、放电控制逻辑,并通过实际运行数据验证光伏储能系统在零能耗建筑应用的可行性。在提高光伏发电的自我消纳能力、光伏储能系统应用的协调性和灵活性,以及提升经济效益等方面提供了良好的案例实践,证明了光伏储能系统在华北地区有广泛的应用场景。

新能源光伏发电助力建筑电气节能减排探讨

详细阐述了新能源光伏发电技术的工作原理与部件构成,指出了新能源光伏发电系统的节能性与环保性。同时,分析了将新能源光伏发电系统应用于建筑电气节能减排中的应用场景及优点,并提出了具体的应用措施与注意事项;强调了在建筑电气设计中嵌入光伏发电系统,利用并离网工作模式提高电能调度灵活度,配合使用节能型、智能型电气设备,能够推动建筑行业能源结构转型升级,向绿色、低碳、环保、降耗等可持续方向发展。

太阳能光伏储能系统在绿色建筑中的设计原则与实践案例分析

太阳能光伏系统可以将太阳能转化为电能,满足建筑的电力需求,减少建筑对传统能源的依赖,降低能源消耗及碳排放。介绍了太阳能光伏储能系统的原理和优势,分析了光伏储能系统在绿色建筑中的设计原则,通过实际案例探讨了其在住宅建筑、商业建筑、公共建筑中的具体应用,展望了光伏储能系统的未来发展趋势。应发挥其在提高太阳能利用率、减少能源消耗及环境污染方面的巨大潜力,进一步优化光伏储能系统的设计和应用,推动绿色建筑的可持续发展。

浅谈民用建筑光伏电气系统设计

“双碳”背景下,民用建筑光伏电气系统的设计需要结合当地政策、法律法规及资源气候的情况,依据建筑物情况选取合适的安装角度和与建筑物相适宜的光伏组件、逆变器等设备;依据安装容量及当地政策选取合理的并网点及并网原则。本文以某建筑物为例,简单介绍光伏电气系统设计。

建筑电气节能中光伏新能源技术的运用

建筑电气节能是建筑领域的重要议题之一。在传统建筑电气设计中,存在照明设计、监控系统、通风系统等方面不合理问题,这些问题导致能源浪费和环境污染。光伏新能源技术在建筑电气节能中得到广泛应用,特别是光伏屋顶、光伏幕墙和光伏温室等技术的运用。光伏新能源技术的运用不仅可节约能源,减少环境污染,而且具有经济性强、安全环保、维护成本低等特点,是建筑电气节能的重要途径之一。

光伏幕墙在建筑工程中的运用探析

自绿色建筑提出后,光伏幕墙在工程中的应用越发广泛,通过光伏幕墙能够大幅降低建筑能耗,通过太阳能为居民提供舒适环境和稳定能源,因此,光伏幕墙逐渐成为大众关注重点。为进一步探析光伏幕墙的具体运用,本文以其内涵及特点为基础,提出光伏幕墙在建筑工程中的应用要点,继而指明光伏建筑一体在项目中的相关设计及应用思路和方向,以供参考。

平房仓光伏建筑一体化设计探究

在“双碳”目标下,粮食行业亦需践行绿色储粮方式。光伏建筑一体化技术可以有效利用太阳能资源,帮助建筑达到低碳减排的要求。为了探究粮仓建筑光伏一体化设计策略,以国内主要储粮仓型之一的平房仓建筑为例,分析其围护结构表面的太阳辐射资源影响因素,并讨论平房仓仓型屋面与立面光伏系统的安装形式。此研究有助于推广光伏技术在粮仓建筑中的应用,减少粮食库区的碳排放量,推进全国绿色粮仓的建设进程。